JP2011012785A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストローク長を確保しつつ運動変換機構のガタ付きと劣化を抑制することができるサスペンション装置を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、螺子軸１と螺子軸１に回転自在に螺合されるナット２とを備えた運動変換機構と運動変換機構におけるナット２に連結されるモータＭとを備えたアクチュエータＡを備えたサスペンション装置Ｓにおいて、螺子軸１に設けられてナット２の螺子軸１に対するストロークエンドを規制する大径部３と、アクチュエータＡに連結されて上記大径部３に対向する筒体４と、筒体４に対して大径部３の回り止めする回転止機構Ｌとを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに生じる電磁力で上記車体と車軸との相対移動を抑制するサスペンション装置の改良に関する。

この種サスペンション装置としては、螺子軸と螺子軸に回転自在に螺合されるボール螺子ナットとボール螺子ナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータと、螺子軸にロッドを連結した流体圧ダンパとを備えて構成され、モータを車両の車体側へ流体圧ダンパのシリンダを車軸側へ連結して車体と車軸との間に介装されており、アクチュエータの推力で車体と車軸との相対移動をアクティブ制御するものがある（たとえば、特許文献１参照）。

また、このサスペンション装置の場合、減衰力発生源であるモータのトルクを直線方向に作用させるべき減衰力に変換するために、螺子軸とボール螺子ナットとで構成される運動変換機構を備えており、回転系の慣性質量が大きく、回転系のフリクションも相俟ってモータおよび運動変換機構が高周波振動入力時には伸縮動作しづらくなるので、上記した流体圧ダンパおよび一対のバネで該高周波振動を吸収するようにしている。

特開２００８−９５８００号公報

ところで、上記した従来のサスペンション装置にあっては、ボール螺子ナットを回転させて螺子軸を上下方向に直線運動させる構成となっているので、これを実現するため、ボール螺子ナットの至近にボールスプラインナットを配置するとともに、螺子軸にボール螺子ナットのボールが走行する螺旋状の螺子溝の他にボールスプラインナットのボールが走行するスプライン溝を設けている。

すなわち、螺子軸に形成されたスプライン溝はボール螺子ナット用の螺子溝を跨いでおり、スプライン溝と螺子溝とが螺子軸上に混在するようになっている。

上記構成を採用することで、ボール螺子ナットとボールスプラインナットを至近に配置することができ、螺子軸の無駄長さを少なくできるという優れた利点があるが、螺子溝とスプライン溝の交差点において両者の溝の設定条件によっては、ボール螺子ナットとボールスプラインナットの一方のボールが他方の溝内に入り込むような動作を呈する場合が考えられ、ガタが生じやすく運動変換機構の劣化を早める可能性があるとともに、これら溝の形成に当たり高精度な加工を強いられる結果、サスペンション装置がコスト高となる。

他方、単純にスプライン溝と螺子溝とを軸方向に分けて螺子軸に形成する場合、螺子軸は、螺子軸のストローク長の少なくとも二倍以上の長さが必要となるため、サスペンション装置の全長が長くなって、車体と車軸との間という限られたスペースに介装して使用することを考えると、ストローク不足を招く結果となりかねない。

そこで、本発明は、上記の不具合を勘案して創案されたものであって、その目的とするところは、ストローク長を確保しつつ運動変換機構のガタ付きと劣化を抑制することができるサスペンション装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、螺子軸と螺子軸に回転自在に螺合されるナットとを備えた運動変換機構と運動変換機構におけるナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータと、螺子軸に連結される流体圧ダンパとを備えたサスペンション装置において、螺子軸に設けられてナットの螺子軸に対するストロークエンドを規制する大径部と、アクチュエータに連結されて上記大径部に対向する筒体と、筒体に対して大径部の回り止めする回転止機構とを備えたことを特徴とする。

本発明のサスペンション装置によれば、螺子軸に大径部を設けて、大径部の筒体に対する回転止機構を設けるようにしているので、螺子軸の全長を螺子軸のストローク長の二倍以上に設定する必要も無く、サスペンション装置に要求されるストローク長を確保することができる。

また、ベアリングのボールは、螺子軸に設けられるボール螺子ナットのボールが走行する螺子溝とは独立した螺子軸側溝を走行するので、互いのボールや螺子軸の劣化が抑制され、運動変換機構におけるガタの発生と劣化が抑制され、さらには、螺子溝と螺子軸側溝とが独立しているので、スプライン溝と螺子溝とが混在する従来の螺子軸を製造するのに比較して、加工を低く設定することができ、製造コストも低減されることになる。

さらに、大径部がボール螺子ナットの螺子軸に対するストロークエンドを規制するので、別途、ストッパ部を設ける必要も無い。

一実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。 一実施の形態におけるサスペンション装置のベアリングの斜視図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態におけるサスペンション装置Ｓは、螺子軸１と螺子軸１に回転自在に螺合されるナットたるボール螺子ナット２とを備えた運動変換機構と運動変換機構におけるボール螺子ナット２に連結されるモータＭとを備えたアクチュエータＡと、螺子軸１に連結される流体圧ダンパＤと、螺子軸１に設けられてボール螺子ナット２の螺子軸１に対するストロークエンドを規制する大径部３と、アクチュエータＡに連結されて上記大径部３に対向する筒体４と、筒体４に対して大径部３の回り止めする回転止機構Ｌとを備えて構成されている。

また、このサスペンション装置Ｓは、この実施の形態の場合、アクチュエータＡに連結される環状のエアチャンバ７と、流体圧ダンパＤの外周に設けたエアピストン８と、エアチャンバ７とエアピストン８とに架け渡される筒状のダイヤフラム９とで画成されるエア室Ｇによって懸架ばねとして機能するエアばねＡＳを外周側に備えている。

そして、このサスペンション装置Ｓは、アクチュエータＡをマウント１０にて車両の車体へ連結し、流体圧ダンパＤの下端となるダンパ本体６を車両の車軸へ連結することで、車両の車体と車軸との間に介装されるようになっている。すなわち、このサスペンション装置Ｓにあっては、基本的には、図示しない車両の車体と車軸との間に介装するにあたり、アクチュエータＡを車体へ流体圧ダンパＤを車軸へと連結するようにして介装されるようになっている。

アクチュエータＡは、詳しくは、モータＭと、モータＭのロータＲに連結されるボール螺子ナット２とボール螺子ナット２に螺合する螺子軸１とを備えて構成されており、ボール螺子ナット２の回転運動を螺子軸１の直線運動に変換することが可能であり、また、螺子軸１の直線運動をボール螺子ナット２の回転運動に変換することも可能とされている。

螺子軸１は、下端に大径部３を備えており、ボール螺子ナット２が回転運動して螺子軸１上を図１中下方へ移動し、大径部３へ当接するとそれ以上の螺子軸１に対する下方への移動が規制されるようになっており、大径部３はボール螺子ナット２の螺子軸１に対する下方側への移動限界を規制している。すなわち、大径部３は、ボール螺子ナット２の螺子軸１に対する下方側へのストロークエンドを規制している。

さらに、大径部３の外周には、軸方向に沿って一つ以上の螺子軸側溝３ａが形成されており、図示するところでは、四条の螺子軸側溝３ａが設けられている。

他方、ボール螺子ナット２は、筒体４の内周に回転自在に保持されており、当該筒体４内にモータＭも収容されて固定されている。この筒体４は、本実施の形態にあっては、アクチュエータＡにおけるモータＭ、ボール螺子ナット２を保持しており、アクチュエータＡの構成部品が組み付けられるケースとして機能しているが、アクチュエータＡのケースが別個にある場合には当該ケースに筒体を連結するようにしてもよい。そして、筒体４は、螺子軸１の大径部３に環状隙間を空けて対向しており、螺子軸１がストロークして図１中上下方向へ移動しても、常時、大径部３に対向するようになっている。

また、筒体４の内周には、軸方向に沿って大径部３の各螺子軸側溝３ａに対向する筒側溝４ａが四条設けられている。さらに、大径部３と筒体４との間にはボールケージ型のベアリング１２が介装されており、このベアリング１２は、軸方向となる図１中上下方向に四列を成して並べて配置されて螺子軸側溝３ａとこれに対向する筒側溝４ａの双方を走行する複数のボール１２ａと、ボール１２ａを転動自在に保持する筒状のケージ１２ｂとを備えて構成されている。

このベアリング１２は、図２に示すように、筒体４と螺子軸１が軸方向の相対移動を呈すると、ボール１２ａが転動して大径部３と筒体４との間で軸方向となる上下方向に移動する。具体的には、ベアリング１２は、大径部３と筒体４と相対移動距離の二分の一の距離を移動することになる。したがって、ベアリング１２をストロークエンドで大径部３に対向させて大径部３と筒体４との間に介装される状態とするためには、ベアリング１２の軸方向長さを少なくとも大径部３のストローク長の半分から大径部３の軸方向長さを引いた長さより長く設定すればよいが、ストロークエンドにあっても大径部３の全長に亘ってベアリング１２を対向させて安定的に大径部３をストロークさせるには、ベアリング１２の軸方向長さを大径部３のストローク長の半分に大径部３の軸方向長さを加算した長さ以上に設定するとよい。

そして、筒体４に対して螺子軸１が図１中上下方向にストロークして大径部３が筒体４に対して上下方向に移動する際には、螺子軸側溝３ａと筒側溝４ａの双方を走行するボール１２ａが転動するので、螺子軸１の上記ストロークに殆ど抵抗を与えることなくこれを許容する。

これに対して、螺子軸１にトルクが作用して筒体４に対して回転しようとする際には、螺子軸側溝３ａ内と筒側溝４ａ内の双方にボール１２ａが入り込んでいるため、螺子軸１は筒体４に対して回り止めされることになる。

すなわち、本実施の形態にあっては、回転止機構Ｌは、当該大径部３の外周に軸方向に沿って設けられた螺子軸側溝３ａと、筒体４の内周に軸方向に沿って設けられて螺子軸側溝３ａに対向する筒側溝４ａと、螺子軸側溝３ａとこれに対向する筒側溝４ａの双方を走行する複数のボール１２ａと、ボール１２ａを転動自在に保持するケージ１２ｂとで構成されていることになる。

なお、この螺子軸１へ作用するトルクと横力を大径部３と筒体４との間に存在する各ボール１２ａで分担して受けることになり、螺子軸１に作用するトルクと横力の大きさとボール１２ａで分担できる荷重から大径部３と筒体４との間に存在するべきボール数を得ることができ、当該ボール数と螺子軸側溝３ａと筒側溝４ａとから大径部３の軸方向長さを決定することができ、溝３ａ，４ａの数が多ければ多いほど大径部３の軸方向長さを短くすることができる。また、溝３ａ，４ａの設置数とベアリング１２のボール１２ａの列数は、任意に設定できるが、螺子軸１に入力される横力をベアリング１２のボール１２ａで受ける関係上、３列以上のボール列を周方向に等間隔をもって設けるとよい。

戻って、上述のように構成されたアクチュエータＡは、螺子軸１が上記回転止機構Ｌによって回り止めされるので、図１中上下方向への移動のみが許容され、モータＭでボール螺子ナット２を回転駆動することで螺子軸１を図１中上下方向へ駆動させることができ、アクチュエータＡは直動型のリニアアクチュエータとして機能することができるようになっている。

つづいて、流体圧ダンパＤは、ダンパ本体６に対してロッド５が出入りする伸縮作動を呈すると所定の減衰力を発揮するようになっており、主としてサスペンション装置Ｓに入力される高周波振動を吸収する目的で設けられている。

なお、流体圧ダンパＤは、周知であるので詳しく図示はしないが、ダンパ本体６がロッド５の先端に設けたピストンが摺動自在に挿入される筒状のシリンダを備えており、上記のシリンダ内にピストンで区画された二つの圧力室に作動流体を充填して構成されている。また、流体が液体である場合であって流体圧ダンパＤが片ロッド型に設定される場合には、ダンパ本体６にシリンダ内に出入りするロッド５の体積分の容積変化を補償するリザーバ或いは気室を備える。なお、流体圧ダンパＤにおける作動流体は、作動油や水、水溶液といった液体の他、気体とされてもよい。

そして、上記流体圧ダンパＤは、慣性モーメントが大きく高周波振動の入力に対して伸縮しにくく振動を伝達しやすくなるアクチュエータＡに直列して連結されることで、比較的加速度が大きい振動等の高周波振動の入力に対して、この振動エネルギを吸収するようになっている。なお、流体圧ダンパＤの外周に装着されるコイルばね１３，１４は、流体圧ダンパＤのダンパ本体６内に摺動自在に挿入されてロッド５に連結される図示しないピストンの位置を所定の中立位置へ復帰させ、流体圧ダンパＤが最伸長あるいは最収縮したままとなって高周波振動を吸収できなくなって車両における乗り心地を悪化させてしまう事態を防止する目的で設けられている。

このように構成されたサスペンション装置Ｓは、上述したように、モータＭが発生するトルクでボール螺子ナット１を回転駆動することによって螺子軸１を図１中上下方向へ直線運動させることが可能であって、外力の入力に対して、モータＭに積極的にトルクを発生させることによって螺子軸１に推力を与えることで螺子軸１の直線運動を抑制することもできる。また、螺子軸１が外力によって強制的に直線運動させられるとボール螺子ナット２に連結されるモータＭのロータＲが回転運動を呈し、モータＭは誘導起電力に起因するロータＲの回転運動を抑制するトルクを発生し、螺子軸１の直線運動を抑制するように機能する。すなわち、モータＭは外力によって強制的に駆動される場合にはジェネレータとして機能して外力に抗する積極的にトルクを発生して螺子軸１の直線運動を抑制することができる。

したがって、このサスペンション装置Ｓにあっては、単に、螺子軸２の直線運動を抑制する減衰力を発生するばかりではなく、アクチュエータとしても機能することから、このサスペンション装置Ｓが車両の車体と車軸との間に介装されて使用されると、車両の車体の姿勢制御も同時に行うことができ、これにより、アクティブサスペンションとして機能することができる。

なお、この実施の形態の場合、モータＭの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構が、螺子軸１とボール螺子ナット２とで構成される送り螺子機構とされているため、回転運動と直線運動を可逆的に変換するようになっているが、アクチュエータＡがアクチュエータとしてのみ機能すればよい場合には、回転運動を直線運動に変換するが直線運動を回転運動に変換しない非可逆的な運動変換を行うものであってもよく、また、この場合、モータＭも外力にてジェネレータとして機能することを要せず、単に、サスペンション装置Ｓがアクティブサスペンションとして機能する上では、このように構成されてもよい。

また、上記したところでは、流体圧ダンパＤのロッド５を螺子軸１に連結するようにしているが、ダンパ本体６を螺子軸２に連結してもよい。

そして、筒体４の外周には、環状のエアチャンバ７が連結されている。エアチャンバ７は、外筒３の外径より大径に設定される筒部７ａと、筒部７ａの上端を筒体４へ連結する環状の頂部７ｂとを備えて構成されている。

さらに、流体圧ダンパＤのダンパ本体６の外周には、エアチャンバ７の筒部７ａより小径な筒状のエアピストン８が連結されており、エアチャンバ７の筒部７ａの下端と、エアピストン８の中間外周との間には筒状で可撓性を備えたダイヤフラム９が架け渡されている。

このように、エアチャンバ７、エアピストン８およびダイヤフラム９によって、アクチュエータＡと流体圧ダンパＤの外周にエアばねＡＳにおけるエア室Ｇが形成されている。このエア室Ｇ内には、気体を給排することができるようになっており、エア室Ｇ内の気圧を調節することで車両の車高とばね定数を調整でき、エアばねＡＳは懸架ばねとして機能するようになっている。なお、この実施の形態の場合、懸架ばねをエアばねＡＳとしているが、懸架ばねをコイルばねとしてもよいことは当然である。

そして、上述したように本実施の形態のサスペンション装置Ｓにあっては、螺子軸１に大径部３を設けて、大径部３の筒体４に対する回転止機構Ｌを設けるようにしているので、螺子軸１の全長を螺子軸１のストローク長の二倍以上に設定する必要も無く、サスペンション装置Ｓに要求されるストローク長を確保することができる。

また、ベアリング１２のボール１２ａは、螺子軸１に設けられるボール螺子ナット２のボールが走行する螺子溝１ａとは独立した螺子軸側溝３ａを走行するので、互いのボールや螺子軸１の劣化が抑制され、運動変換機構におけるガタの発生と劣化が抑制され、さらには、螺子溝１ａと螺子軸側溝３ａとが独立しているので、スプライン溝と螺子溝とが混在する従来の螺子軸を製造するのに比較して、加工を低く設定することができ、製造コストも低減されることになる。

さらに、大径部３がボール螺子ナット２の螺子軸１に対するストロークエンドを規制するので、別途、ストッパ部を設ける必要も無い。なお、大径部３の図１中上端にクッションを設けておいて、アクチュエータＡの最収縮時にボール螺子ナット２の下端と上記クッションとを衝合させて最収縮時の衝撃を緩和するようにしてもよい。

また、螺子軸１に入力される横力を大径部３と筒体４との間に設けたベアリング１２で受ける構成となっているので、横力から螺子軸１の螺子溝１ａを保護することができる。

そしてさらに、上記したところでは、流体圧ダンパＤをアクチュエータＡの螺子軸１に連結するようにしているが、アクチュエータＡが外力の入力に対して、モータＭに積極的にトルクを発生させて螺子軸１の直線運動を抑制するダンパとして機能する場合、流体圧ダンパＤを廃止することもできる。流体圧ダンパＤを廃止して懸架ばねをエアばねとする場合には、螺子軸１にエアピストンを連結するようにすればよい。

また、上記したようにベアリング１２を用いずに、回転止機構Ｌを筒体４に軸方向に沿って突出する凸部を設け、大径部３に軸方向に沿って溝を設けておき、当該凸部を上記溝に挿入することで構成してもよいが、ベアリング１２を用いることで螺子軸１の筒体４に対する軸方向の移動に際してフリクションを低減でき、サスペンション装置Ｓの円滑な伸縮を補償できるという利点がある。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、車両用のサスペンションに利用することができる。

１ 螺子軸
２ 螺子ナットとしてのボール螺子ナット
３ 大径部
３ａ 大径部における螺子軸側溝
４ 筒体
４ａ 筒側溝
５ 流体圧ダンパにおけるロッド
６ 流体圧ダンパにおけるダンパ本体
７ エアチャンバ
７ａ エアチャンバにおける筒部
７ｂ エアチャンバにおける頂部
８ エアピストン
９ ダイヤフラム
１０ マウント
１２ ベアリング
１２ａ ベアリングにおけるボール
１２ｂ ベアリングにおけるケージ
１３，１４ コイルばね
Ａ アクチュエータ
ＡＳ エアばね
Ｄ 流体圧ダンパ
Ｇ エア室
Ｍ モータ
Ｒ ロータ
Ｓ サスペンション装置

Claims (3)

1. 螺子軸と螺子軸に回転自在に螺合されるナットとを備えた運動変換機構と運動変換機構におけるナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータを備えたサスペンション装置において、螺子軸に設けられてナットの螺子軸に対するストロークエンドを規制する大径部と、アクチュエータに連結されて上記大径部に対向する筒体と、筒体に対して大径部の回り止めする回転止機構とを備えたことを特徴とするサスペンション装置。
2. 回転止機構は、当該大径部の外周に軸方向に沿って設けられた螺子軸側溝と、筒体の内周に軸方向に沿って設けられて螺子軸側溝に対向する筒側溝と、螺子軸側溝とこれに対向する筒側溝の双方を走行する複数のボールと、ボールを転動自在に保持するケージとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 螺子軸に流体圧ダンパを連結したことを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。

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